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Ingeniería industrial ergonomia Hector Orlando najera 201020810041 Ing. RWILFREDO CARPIO SALAZA CATEDRATI CO: CARRERA ASIGNATURA Alumnos

Tarea de La Fatiga

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CARRERA

Ingeniera industrial ASIGNATURA

ergonomiaAlumnos

Hector Orlando najera 201020810041CATEDRATICO:

Ing. RWILFREDO CARPIO SALAZA

OBJETIVOS

Analizar el comportamiento de los materiales metlicos al ser sometidos a un esfuerzo de fatiga flexionante.

Reconocer y determinar de manera prctica las distintas propiedades mecnicas de los materialessometidos a esfuerzos de fatiga.

Determinar la carga necesaria para poder identificar una falla por fatiga en el material.

INTRODUCCINEn ingeniera y, en especial, en ciencia de materiales, la fatiga de materiales se refiere a un fenmeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinmicas cclicas (fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) se produce ante cargas inferiores a las cargas estticas que produciran la rotura. Un ejemplo de ello se tiene en un alambre: flexionndolo repetidamente se rompe con facilidad, pero la fuerza que hay que hacer para romperlo en una sla flexin es muy grande. La fatiga es una forma de rotura que ocurre en estructuras sometidas a tensiones dinmicas y fluctuantes (puentes, automviles, aviones, etc.). Su principal peligro es que puede ocurrir a una tensin menor que la resistencia a traccin o el lmite elstico para una carga esttica, y aparecer sin previo aviso, causando roturas catastrficas. Es un fenmeno muy importante, ya que es la primera causa de rotura de los materiales metlicos (aproximadamente el 90%), aunque tambin est presente en polmeros, y en cermicas.

FATIGA

En el estudio de los materiales en servicio, como componentes de rganos de mquinas o estructuras, debe tenerse en cuenta que las solicitaciones predominantes a que generalmente estn sometidos no resultan estticas ni cuasi estticas, muy por lo contrario en la mayora de los casos se encuentran afectados a cambios de tensiones, ya sean de traccin, compresin, flexin o torsin, que se repiten sistemticamente y que producen la rotura del material para valores de la misma considerablemente menores que las calculadas en ensayos estticos. Este tipo de rotura que necesariamente se produce en el tiempo, se denomina de fatiga aunque es comn identificarla como roturas por tensiones repetidas, tensiones que pueden actuar individualmente o combinadas. Una carga dada puede ser de naturaleza esttica o repetirse muchas veces (carga dinmica) siempre que los esfuerzos permanezcan en el rango elstico, tal conclusin es correcta para ciclos que se repitan unas pocas docenas o aun centenares de veces. Sin embargo, no es cierto cuando los ciclos se repiten miles o millones de veces. En tales casos, la ruptura ocurrir a esfuerzos mucho ms bajos que la resistencia esttica de ruptura. Este fenmeno se conoce como fatiga. Una falla por fatiga es de naturaleza frgil aun para materiales normalmente dctiles. La fatiga se puede definir como el deterioro de un material bajo ciclos repetidos de esfuerzo y deformacin, que conducen a un agrietamiento progresivo que acaba por producir la fractura. Se debe considerar la fatiga en el diseo de todos los componentes estructurales y de mquinas que estn sometidas a cargas repetidas o fluctuantes. El nmero de ciclos de carga que puede esperarse durante la vida til de una componente puede variar mucho, segn la utilizacin del material. Para poder realizar una aproximacin a la realidad de cmo se comporta el material, se realizan ensayos de fatiga por mquinas que someten a los materiales a una serie de esfuerzos de traccin y compresin (pueden ser miles de ciclos), hasta que se debilitan y se produce la rotura en el material. Los resultados de los estudios estructurales (estticos y dinmicos, lineales y no lineales) se usan como los datos bsicos de partida para definir el estudio de fatiga. El n de ciclos requeridos para que el fallo por fatiga ocurra en un punto depende del material y de la fluctuacin de las tensiones. Esta informacin, para ciertos tipos de materiales frricos. El mtodo fundamental para presentar los datos de fatiga es la curva de Wohler, tambin llamada simplemente curva de fatiga o curva S-N (Stress-Number of cicles). Representa la duracin de la probeta, expresada en nmero de ciclos hasta la rotura, N, para la mxima tensin invertida aplicada, un punto con una flecha horizontal indica una probeta que no ha roto. La mayor parte de las investigaciones sobre la fatiga se han realizado empleando las mquinas de flexin rotativa, en las que la tensin media es nula

DEFINICIONES DE LA DURACIN AL ESFUERZO

Para determinar la resistencia de materiales bajo la accin de cargas de fatiga, las probetas se someten a fuerzas repetidas o variables de magnitudes especificadas y, as, se cuentan los ciclos o alternaciones de esfuerzos que soporta el material hasta la falla o ruptura. El dispositivo para ensayos de fatiga ms empleado es la mquina de viga rotatoria de alta velocidad de R. R. Moore. sta somete a la probeta a flexin pura (no a cortante transversal) por medio de pesas. La probeta se labra a mquina y se pule cuidadosamente, recibiendo un pulimento final en la direccin axial para evitar ralladuras circunferenciales. Otras mquinas para ensayos de fatiga permiten aplicar a las probetas esfuerzos axiales, torsionales o combinados, de tipo fluctuante o alternante (invertido alternativamente). Para determinar la resistencia a la fatiga de un material es necesario un gran nmero de pruebas debido a la naturaleza estadstica de la fatiga. En el caso del ensayo con la viga rotatoria se aplica una carga constante de flexin y se registra el nmero de revoluciones (o alternaciones, o inversiones sucesivas de esfuerzo) de la viga que se requieren para la falla. La primera prueba se realiza con un esfuerzo algo menor que la resistencia ltima del material, y la segunda Probeta para la mquina de ensayos de viga rotatoria de R. R Moore. El momento flexionan-te es uniforme en la porcin curva, de manera que la fractura en dos mitades iguales indica falla en la porcin ms esforzada, lo cual es un ensayo vlido del material; mientras que una fractura en cualquier otra parte (no en el nivel ms esforzado) constituye la base para sospechar que el material tiene un defecto. Las grietas por Fatiga se inician en la superficie del material. Por ello debe evitarse en lo posible ralladuras y araazos en las superficies de buen acabado (por ejemplo, grabar el nombre comercial en la pieza), sobre todo en zonas con elevado nivel de tensin. Cualquier tratamiento superficial (trmico o mecnico) que produzcan un estado de tensiones residuales de compresin en la superficie de las piezas aumentando la dureza de la superficie (por ejemplo, el temple, granallado o laminado superficial) incrementar la vida a fatiga de la pieza. El anlisis de fatiga se basa en la regla de Miner de dao acumulado para estimar la vida a fatiga a partir de una historia de tensiones o deformaciones. La estimacin se realiza reduciendo los datos de carga a una secuencia de picos y valles, contando los ciclos y calculando la vida a fatiga. Para realizar un anlisis a Fatiga o de durabilidad, se debe proporcionar informacin especfica para el anlisis de fatiga

FASES DE UN FALLO POR FATIGAFase 1 (Iniciacin): Una o ms grietas se desarrollan en el material. Las grietas pueden aparecer en cualquier punto del material pero en general ocurren alrededor de alguna fuente de concentracin de tensin y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de tensin son ms elevadas. Las grietas pueden aparecer por muchas razones: imperfecciones en la estructura microscpica del material, ralladuras, araazos, muescas y entallas causados por las herramientas de fabricacin o medios de manipulacin. En materiales frgiles el inicio de grieta puede producirse por defectos del material (poros e inclusiones) y discontinuidades geomtricas.Fase 2 (Propagacin): Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas. Adems, las grietas generalmente son finas y de difcil deteccin, aun cuando se encuentren prximas a producir la rotura de la pieza.Fase 3 (Rotura): La pieza contina deteriorndose por el crecimiento de la grieta quedando tan reducida la seccin neta de la pieza que es incapaz de resistir la carga desde un punto de vista esttico producindose larotura por fatiga.

BIBLIOGRAFIAHibbeler R, Mecnica de Materiales. Tercera Edicin. Prentice-Hall Hispanoamericana SA. MxicoD.F., 856 pginasRiley W, Mecnica de Materiales. Primera Edicin. Limusa Wiley. Mexico D. F. 708 paginasMott R. Resistencia de Materiales Aplicada. Tercera Edicin. Prectice-Hall Hispanoamericana SA.Mexico D.F., 640 pginas.Norton R, Diseo de Mquinas. Primera Edicin. Prentice-Hall Hispanoamericana S.A Mxico D.F.,1048 pginas.